Anwendung mit GKE Autopilot und Cloud Spanner bereitstellen

Autopilot

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In dieser Anleitung wird beschrieben, wie Sie eine containerisierte Webanwendung in einem GKE Autopilot-Cluster (Google Kubernetes Engine) bereitstellen und eine Google Spanner-Datenbank im Backend zum Speichern von Daten verwenden. Die Beispielanwendung verwaltet eine Tabelle mit Spielern. Sie können Spieler über die grafische Benutzeroberfläche (GUI) der App hinzufügen und löschen.

Spanner ist ein vollständig verwalteter, global verteilter, horizontal skalierbarer, relationaler Datenbankdienst, der ACID-Transaktionen und SQL-Semantik bietet, ohne Leistung und Hochverfügbarkeit zu beeinträchtigen.

Bevor Sie dieses Dokument lesen, sollten Sie mit Kubernetes vertraut sein.

Vorteile von GKE und Spanner

Als Entwickler möchten Sie vielleicht keine Zeit damit verbringen, die Menge an Speicher- und Rechenressourcen zu ermitteln, die Ihre Anwendung benötigt, oder den RAM- und CPU-Verbrauch in Zeiten schwankender Anforderungen vorherzusagen oder sich Sorgen über Anwendungsausfälle bei Spitzenbelastungen zu machen.

Wenn Sie GKE Autopilot als vollständig verwalteten Kubernetes-Dienst und Spanner als vollständig verwalteten Datenbankdienst verwenden, können Sie Anwendungen schneller in einer stabilen Infrastruktur entwickeln und bereitstellen, die die Konfiguration und Verwaltung von Ressourcen vereinfacht. GKE Autopilot konfiguriert und skaliert die Infrastruktur zum Hosten Ihrer Anwendung, indem Knoten entsprechend den Anforderungen zur Laufzeit zum Cluster hinzugefügt oder entfernt werden. Ebenso kann Spanner mit minimalem manuellem Eingriff dynamisch horizontal skalieren und wieder herunterskalieren, wenn sich die Speicher- oder Computing-Anforderungen ändern.

Nehmen wir an, Sie bringen den nächsten Spiele-Blockbuster auf den Markt, von dem Sie erwarten, dass er sich viral verbreitet und daher in der Einführungswoche viel Traffic erzeugt. Cloud Spanner kann Sie bei diesem rasanten Anstieg des Durchsatzes unterstützen, indem er die Rechenressourcen sofort erhöht, verringert oder neu zuweist und dabei mit GKE Autopilot die maximale Anwendungsverfügbarkeit aufrechterhält.

Ziele

In dieser Anleitung erfahren Sie mehr über die folgenden Themen:

• Spanner-Datenbank zum Speichern einer Registry von Spielern erstellen.

• Eine Beispiel-Webanwendung namens hello-app-cloud-spanner mit einer grafischen Benutzeroberfläche bereitstellen.

Die folgende Tabelle beschreibt die Google Cloud-Ressourcen, die Sie erstellen oder verwenden, die Variablen, mit denen sie identifiziert werden, und die für sie vorgegebenen Werte für den Zweck dieser Anleitung:

Ressource	Variable	Wert
Google Cloud-Projekt-ID	PROJECT_ID	Die Projekt-ID, die beim Erstellen eines Projekts generiert wird. Beispiel: my-gcp-project
Compute-Region	COMPUTE_REGION	Die Compute Engine-Region, in der Sie die Spanner-Instanz und den GKE-Cluster erstellen möchten. Wir empfehlen, eine Region auszuwählen, die dem geografischen Standort Ihrer Kunden am nächsten ist. Für diese Anleitung verwenden Sie jedoch us-west1.
Spanner-Instanz	-	hello-instance
Spanner-Datenbank	-	hello-database
GKE Autopilot-Cluster	CLUSTER_NAME	hello-cluster
Kubernetes-Namespace	NAMESPACE	hello-namespace
Kubernetes-Dienstkonto	KSA_NAME	ksa-helloapp
IAM-Dienstkonto	GSA_NAME	gsa-helloapp
Projekt-ID des IAM-Dienstkontos	GSA_PROJECT	Ihre Google Cloud-PROJECT_ID.

Für diese Anleitung empfehlen wir, neue Ressourcen zu erstellen, damit Sie sie nach der Bereitstellung der Beispiel-App einfach und ohne Risiko löschen können. Wenn Sie bereits Namespaces, IAM-Dienstkonten und Kubernetes-Dienstkonten haben, können Sie diese verwenden.

Kosten

In diesem Dokument verwenden Sie die folgenden kostenpflichtigen Komponenten von Google Cloud:

• Compute Engine instances used by GKE
• Spanner
• Cloud Load Balancing

Mit dem Preisrechner können Sie eine Kostenschätzung für Ihre voraussichtliche Nutzung vornehmen. Neuen Google Cloud-Nutzern steht möglicherweise eine kostenlose Testversion zur Verfügung.

Nach Abschluss der in diesem Dokument beschriebenen Aufgaben können Sie weitere Kosten vermeiden, indem Sie die erstellten Ressourcen löschen. Weitere Informationen finden Sie unter Bereinigen.

Hinweise

Sie müssen folgende Voraussetzungen erfüllen:

Projekt auswählen oder erstellen

Sie können ein vorhandenes Projekt verwenden oder für diese Anleitung ein neues erstellen.

1. Sign in to your Google Cloud account. If you're new to Google Cloud, create an account to evaluate how our products perform in real-world scenarios. New customers also get $300 in free credits to run, test, and deploy workloads.

2. In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

   Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

   Go to project selector

3. Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

4. In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

   Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

   Go to project selector

5. Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

APIs aktivieren

Enable the Artifact Registry, Compute Engine, GKE, and IAM Service Account Credentials APIs.

Enable the APIs

Cloud Shell einrichten

In dieser Anleitung verwenden Sie Cloud Shell zum Ausführen von gcloud- und kubectl-Befehlen. Cloud Shell ist eine Shell-Umgebung für die Verwaltung von Ressourcen, die in Google Cloud gehostet werden. Sie ist bei Google Cloud CLI und dem kubectl-Befehlszeilentool vorinstalliert.

In the Google Cloud console, activate Cloud Shell.

Activate Cloud Shell

In einem Frame im unteren Teil der Console wird eine Cloud Shell-Sitzung geöffnet.

Achten Sie vor dem Ausführen von Befehlen in dieser Anleitung darauf, dass Ihr Standardprojekt auf die Projekt-ID festgelegt ist, in der Sie die Beispielanwendung bereitstellen möchten. Führen Sie den folgenden Befehl in Cloud Shell aus, falls sie noch nicht festgelegt ist:

gcloud config set project PROJECT_ID

Ersetzen Sie PROJECT_ID durch Ihre Projekt-ID.

IAM-Rollen zuweisen

Ihr Google Cloud-Konto muss die für diese Anleitung erforderlichen IAM-Rollen haben.

Grant roles to your user account. Run the following command once for each of the following IAM roles: roles/iam.serviceAccountAdmin, roles/serviceusage.serviceUsageConsumer, roles/iam.serviceAccountUser, roles/iam.securityAdmin, roles/spanner.admin, roles/container.admin

$ gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="USER_IDENTIFIER" --role=ROLE

• Replace PROJECT_ID with your project ID.

• Replace USER_IDENTIFIER with the identifier for your user account. For example, user:[e-mail].

• Replace ROLE with each individual role.

Spanner konfigurieren

Zum Konfigurieren von Spanner müssen Sie eine Spanner-Instanz und eine Spanner-Datenbank erstellen.

Spanner-Instanz erstellen

Eine Spanner-Instanz ist eine Zuordnung von Ressourcen, die von Spanner-Datenbanken verwendet werden, die in dieser Instanz erstellt wurden.

Erstellen Sie eine Spanner-Instanz namens hello-instance mit einer regionalen Konfiguration und einer Rechenkapazität von 100 Verarbeitungseinheiten.

gcloud spanner instances create hello-instance \
    --config=regional-COMPUTE_REGION \
    --description="Spanner sample instance" \
    --processing-units=100

Ersetzen Sie in dieser Anleitung COMPUTE_REGION durch us-west1.

Spanner-Datenbank erstellen

Eine Spanner-Datenbank enthält Ihre Tabellen, Ansichten und Indexe. Eine Datenbank übernimmt Attribute von der übergeordneten Instanz, z. B. Konfiguration (regional oder multiregional), verfügbare Rechenkapazität und Speicher.

Erstellen Sie mit dem GoogleSQL-Dialekt eine Spanner-Datenbank namens hello-database mit einer Tabelle namens Players. Führen Sie die folgende Abfrage in Cloud Shell aus:

gcloud spanner databases create hello-database \
    --instance=hello-instance \
    --database-dialect=GOOGLE_STANDARD_SQL \
    --ddl="CREATE TABLE Players (
        PlayerUuid STRING(36) NOT NULL,
        FirstName STRING(1024),
        LastName STRING(1024),
        BirthDate DATE) PRIMARY KEY(PlayerUuid)"

Erstellen Sie einen GKE Autopilot-Cluster

Nachdem Sie Cloud Spanner konfiguriert haben, erstellen Sie einen Autopilot-Cluster und verwenden die Identitätsföderation für Arbeitslasten für GKE, um auf sichere und verwaltbare Weise auf Ihre Datenbank zuzugreifen.

Erstellen Sie einen Autopilot-Cluster mit dem Namen hello-cluster. Für Autopilot-Cluster ist die Identitätsförderung von Arbeitslasten für GKE standardmäßig aktiviert.

gcloud container clusters create-auto CLUSTER_NAME \
  --region=COMPUTE_REGION

Ersetzen Sie Folgendes:

• CLUSTER_NAME: hello-cluster
• COMPUTE_REGION: Die Compute Engine-Region des Clusters. Verwenden Sie für diese Anleitung dieselbe Region (us-west1), in der Sie die Spanner-Instanz erstellt haben. Wir empfehlen, die Spanner-Instanz und den GKE Autopilot-Cluster in derselben Region zu erstellen, um die Latenz zu reduzieren.

Das Erstellen des Clusters kann bis zu 8 bis 10 Minuten dauern.

Die Ausgabe sieht in etwa so aus:

NAME: hello-cluster
LOCATION: us-west1
MASTER_VERSION: 1.26.5-gke.1200
MASTER_IP: 192.0.2.1
MACHINE_TYPE: e2-medium
NODE_VERSION: 1.26.5-gke.1200
NUM_NODES: 3
STATUS: RUNNING

Cluster für die Verwendung der Identitätsföderation von Arbeitslasten für GKE konfigurieren

Konfigurieren Sie Ihren Cluster so, dass er sich mit der Identitätsföderation von Arbeitslasten für GKE bei Google Cloud authentifiziert, bevor Sie die App bereitstellen.

1. Rufen Sie Anmeldedaten für den Zugriff auf Ihren Cluster ab:

   gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME \
     --region=COMPUTE_REGION
   

   Ersetzen Sie Folgendes:

   • CLUSTER_NAME: hello-cluster
   • COMPUTE_REGION: us-west1

   Dadurch wird eine kubeconfig-Datei mit den entsprechenden Anmeldedaten und Endpunktinformationen aktualisiert, um kubectl auf Ihren Cluster zu verweisen.

2. Erstellen Sie einen Namespace, der für das Kubernetes-Dienstkonto verwendet werden soll. Sie können auch den Standard-Namespace oder einen vorhandenen Namespace verwenden.

   kubectl create namespace NAMESPACE
   

   Ersetzen Sie NAMESPACE durch hello-namespace, den Namen des neuen Namespaces, den Sie erstellen.

3. Erstellen Sie ein Kubernetes-Dienstkonto für die Anwendung:

   kubectl create serviceaccount KSA_NAME \
     --namespace NAMESPACE
   

   Ersetzen Sie Folgendes:

   • KSA_NAME: ksa-helloapp ist der Name des neuen Kubernetes-Dienstkontos, das Sie erstellen.
   • NAMESPACE: hello-namespace

4. Erstellen Sie ein IAM-Dienstkonto für Ihre Anwendung:

   gcloud iam service-accounts create GSA_NAME \
     --project=GSA_PROJECT
   

   Ersetzen Sie Folgendes:

   • GSA_NAME: gsa-helloapp ist der Name des neuen IAM-Dienstkontos, das Sie erstellen.
   • GSA_PROJECT: Ihre Google Cloud-Projekt-ID. In dieser Anleitung erstellen Sie das IAM-Dienstkonto im selben Google Cloud-Projekt, in dem Sie die Beispielanwendung bereitstellen. Daher sind GSA_PROJECT und die Google Cloud-PROJECT_ID identisch.

5. Fügen Sie eine IAM-Richtlinienbindung für Ihr IAM-Dienstkonto zum Lesen und Schreiben in Spanner hinzu:

   gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID \
     --member "serviceAccount:GSA_NAME@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com" \
     --role "roles/spanner.admin"
   

   Ersetzen Sie Folgendes:

   • PROJECT_ID: Ihre Google Cloud-Projekt-ID
   • GSA_NAME: gsa-helloapp

   Beispiel:

   gcloud projects add-iam-policy-binding my-gcp-project \
     --member "serviceAccount:[e-mail]" \
     --role "roles/spanner.admin"

6. Erlauben Sie dem Kubernetes-Dienstkonto, die Identität des IAM-Dienstkontos zu übernehmen. Fügen Sie dazu eine IAM-Richtlinienbindung zwischen den beiden Dienstkonten hinzu. Durch diese Bindung kann das Kubernetes-Dienstkonto als IAM-Dienstkonto verwendet werden, sodass das Kubernetes-Dienstkonto Daten in Spanner lesen und schreiben kann.

   gcloud iam service-accounts add-iam-policy-binding GSA_NAME@GSA_PROJECT.iam.gserviceaccount.com \
     --role roles/iam.workloadIdentityUser \
     --member "serviceAccount:PROJECT_ID.svc.id.goog[NAMESPACE/KSA_NAME]"
   

   Ersetzen Sie Folgendes:

   • GSA_NAME: gsa-helloapp
   • GSA_PROJECT: Ihre Google Cloud-Projekt-ID
   • PROJECT_ID: Ihre Google Cloud-Projekt-ID
   • NAMESPACE: hello-namespace
   • KSA_NAME: ksa-helloapp

   Beispiel:

   gcloud iam service-accounts add-iam-policy-binding [e-mail] \
     --role roles/iam.workloadIdentityUser \
     --member "serviceAccount:my-gcp-project.svc.id.goog[hello-namespace/ksa-helloapp]"

7. Kennzeichnen Sie das Kubernetes-Dienstkonto mit der E-Mail-Adresse des IAM-Dienstkontos. Dadurch weiß Ihre Beispielanwendung, welches Dienstkonto für den Zugriff auf Google Cloud-Dienste verwendet werden soll. Wenn die App also Google API-Clientbibliotheken für den Zugriff auf Google Cloud-Dienste verwendet, verwendet sie dieses IAM-Dienstkonto.

   kubectl annotate serviceaccount KSA_NAME \
     --namespace NAMESPACE \
     iam.gke.io/gcp-service-account=GSA_NAME@GSA_PROJECT.iam.gserviceaccount.com
   

   Ersetzen Sie Folgendes:

   • KSA_NAME: ksa-helloapp
   • NAMESPACE: hello-namespace
   • GSA_NAME: gsa-helloapp
   • GSA_PROJECT: Ihre Google Cloud-Projekt-ID

   Beispiel:

   kubectl annotate serviceaccount ksa-helloapp \
     --namespace hello-namespace \
     iam.gke.io/gcp-service-account=[e-mail]

   Hinweis: Wenn die IAM-Bindung nicht vorhanden ist, gewährt diese Annotation dem Pod allein nicht den Zugriff, um die Identität des IAM-Dienstkontos anzunehmen.

Beispielanwendung im Cluster bereitstellen

Nachdem Sie GKE und Spanner mit den erforderlichen Diensten und der Authentifizierung eingerichtet haben, können Sie die Beispielanwendung hello-app-cloud-spanner bereitstellen.

1. Klonen Sie die Beispielanwendung aus dem GitHub-Repository in Cloud Shell:

   git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples.git
   

2. Starten Sie den Cloud Shell-Editor, indem Sie in der Symbolleiste des Terminalfensters auf Editor öffnen klicken.

   Weitere Informationen finden Sie unter Übersicht über die Benutzeroberfläche des Cloud Shell-Editors.

3. Öffnen Sie den Explorer-Bereich des Cloud Shell-Editors und rufen Sie das Verzeichnis kubernetes-engine-samples/databases/hello-app-cloud-spanner/k8s auf.

4. Öffnen Sie die Datei deployment.yaml und aktualisieren Sie das Feld serviceAccountName. Ersetzen Sie dabei <KSA_NAME> durch ksa-helloapp, den Namen Ihres Kubernetes-Dienstkontos.

   

   Abbildung 1. Aktualisieren Sie den Namen des Kubernetes-Dienstkontos in der Bereitstellungsdatei.

5. Schließen Sie den Cloud Shell-Editor und kehren Sie zum Cloud Shell-Terminal zurück.

6. Öffnen Sie im Cloud Shell-Terminal das Verzeichnis hello-app-cloud-spanner:

   cd kubernetes-engine-samples/databases/hello-app-cloud-spanner
   

7. Stellen Sie die Anwendung bereit:

   kubectl apply -f k8s/deployment.yaml -n=NAMESPACE
   

   Ersetzen Sie NAMESPACE durch hello-namespace.

8. Warten Sie, bis die Anwendung mit STATUS als Running bereitgestellt wurde:

   kubectl get pods -n=NAMESPACE --watch
   

   Ersetzen Sie NAMESPACE durch hello-namespace.

   Die Ausgabe sieht in etwa so aus:

   NAME                                       READY   STATUS              RESTARTS   AGE
   hello-app-cloud-spanner-765c9b8779-lfcrc   0/1     ContainerCreating   0          87s
   hello-app-cloud-spanner-765c9b8779-lfcrc   1/1     Running             0          3m15s
   

9. Drücken Sie Strg + C auf Ihrer Tastatur, um zur Eingabeaufforderung zurückzukehren und weitere Befehle auszuführen.

Beispielanwendung im Internet freigeben

Zur Freigabe eines Kubernetes-Dienstes außerhalb des Clusters erstellen Sie einen Dienst vom Typ LoadBalancer. Dieser Diensttyp generiert eine externe Load Balancer-IP-Adresse für Ihre Pods, die über das Internet erreichbar ist.

1. Stellen Sie den Load Balancer bereit:

   kubectl apply -f k8s/service.yaml -n=NAMESPACE
   

   Ersetzen Sie NAMESPACE durch hello-namespace.

2. Prüfen Sie, ob eine externe IP-Adresse zugewiesen werden soll:

   kubectl get service -n=NAMESPACE --watch
   

   Ersetzen Sie NAMESPACE durch hello-namespace.

3. Kopieren Sie nach der Zuweisung die EXTERNAL-IP (z. B. 203.0.113.0) und öffnen Sie sie in einem Browser. Es wird eine Weboberfläche geöffnet, in der die Datenbank der Spieler angezeigt und verwaltet wird.

4. Über die Benutzeroberfläche der App können Sie Spielerdatensätze erstellen oder löschen. Sie werden in der Spanner-Datenbank gespeichert.

   

   Abbildung 2. Erstellen oder löschen Sie Spieler in der Registry.

   Führen Sie die folgende Abfrage aus, um zu prüfen, ob die Spanner-Datenbank mit Ihren Einträgen aktualisiert wurde:

   gcloud spanner databases execute-sql hello-database \
     --instance=hello-instance \
     --sql="SELECT * FROM Players LIMIT 10"
   

   Die Ausgabe sieht in etwa so aus:

   PlayerUuid: a1f34bbf-929c-498d-8b16-39bbb29d70e3
   FirstName: John
   LastName: Smith
   BirthDate: 1997-07-12
   
   PlayerUuid: d634e157-96ea-45f2-be3f-fb907ced188e
   FirstName: Jane
   LastName: Doe
   BirthDate: 2013-07-12
   

Bereinigen

Damit Ihrem Google Cloud-Konto die in dieser Anleitung verwendeten Ressourcen nicht in Rechnung gestellt werden, löschen Sie entweder das Projekt, das die Ressourcen enthält, oder Sie behalten das Projekt und löschen die einzelnen Ressourcen.

Projekt löschen

Sie vermeiden weitere Kosten am einfachsten, wenn Sie das für die Anleitung erstellte Projekt löschen.

Achtung: Das Löschen von Projekten hat folgende Auswirkungen:

• Alle Inhalte des Projekts werden gelöscht. Wenn Sie für die Aufgaben in diesem Dokument ein bereits bestehendes Projekt verwendet haben und dieses löschen, werden auch alle anderen im Rahmen des Projekts erstellten Daten gelöscht.
• Benutzerdefinierte Projekt-IDs gehen verloren. Beim Erstellen dieses Projekts haben Sie möglicherweise eine benutzerdefinierte Projekt-ID erstellt, die Sie weiterhin verwenden möchten. Damit die URLs, die die Projekt-ID nutzen, z. B. eine appspot.com-URL, erhalten bleiben, sollten Sie ausgewählte Ressourcen innerhalb des Projekts löschen, statt das gesamte Projekt.

Wenn Sie mehrere Architekturen, Anleitungen und Kurzanleitungen durcharbeiten möchten, können Sie die Überschreitung von Projektkontingenten verhindern, indem Sie Projekte wiederverwenden.

Delete a Google Cloud project:

gcloud projects delete PROJECT_ID

Wenn Sie das Projekt gelöscht haben, ist die Bereinigung abgeschlossen. Wenn Sie das Projekt nicht gelöscht haben, fahren Sie mit Löschen den GKE- und Spanner-Ressourcen fort.

GKE-Ressourcen löschen

1. Dienst löschen: Dadurch wird die Zuweisung des für Ihren Dienst erstellten Google Cloud Load Balancers aufgehoben:

   kubectl delete service hello-app-cloud-spanner -n=NAMESPACE
   

   Ersetzen Sie NAMESPACE durch hello-namespace.

2. Löschen Sie den GKE-Cluster. Dadurch werden die Ressourcen eines Clusters gelöscht, z. B. die Compute-Instanzen, Laufwerke und Netzwerkressourcen:

   gcloud container clusters delete CLUSTER_NAME --region=COMPUTE_REGION
   

   Ersetzen Sie Folgendes:

   • CLUSTER_NAME: hello-cluster
   • COMPUTE_REGION: us-west1

Spanner-Ressourcen löschen

1. Löschen Sie die Spanner-Datenbank:

   gcloud spanner databases delete hello-database --instance=hello-instance
   

2. Löschen Sie die Spanner-Instanz:

   Achtung: Durch das Löschen einer Instanz werden die Instanz und alle zugehörigen Datenbanken endgültig entfernt.

   gcloud spanner instances delete hello-instance
   

Nächste Schritte

• GKE-Cluster für die Agones-Installation erstellen.
• Best Practices für die Verwendung von Cloud Spanner als Gaming-Datenbank.
• Hochverfügbare PostgreSQL-Datenbank in GKE bereitstellen.
• Best Practices für die Bereitstellung von Datenbanken in GKE.